Oceanen nemen een aanzienlijk deel van de door de mens uitgestoten CO2 op uit de atmosfeer. Daardoor hebben ze een belangrijke invloed op de hoeveelheid broeikasgassen in de lucht en daarmee op het klimaat. Maar de dienst die de zeeën hiermee aan de mensheid verlenen staat onder druk: door klimaatverandering kunnen de oceanen steeds minder efficiënt CO2 opnemen. Corinne Le Quéré, hoogleraar wetenschap van klimaatverandering aan de Universiteit van East Anglia in het Verenigd Koninkrijk, brengt de complexe interactie tussen de oceanen en de atmosfeer nauwkeurig in kaart. In 2020 ontving zij hiervoor de Dr. A.H. Heinekenprijs voor Milieuwetenschappen.
The English translation of this article can be found here.
Dagelijks bestudeert klimatoloog Corinne Le Quéré via geavanceerde modellen hoe de wereldzeeën reageren op het veranderende klimaat. Een tikkeltje ironisch: ze zag de oceaan pas voor het eerst toen ze achttien was. Haar interesse in het milieu was toen wel al ruimschoots gewekt. ‘Ik groeide op te midden van de bossen in Canada’, vertelt Le Quéré. ‘Ik was altijd heel dicht bij de natuur en ging in vakanties vaak wildkamperen. Mijn hele jeugd was eigenlijk de true Canadian holiday waar iedereen van droomt. Toen ik op mijn achttiende voor het eerst de oceaan zag, was dit fascinerend, maar mijn interesse was al gegroeid door zo dichtbij de natuur op te groeien, genietend van het weer en de elementen.’ Toen Le Quéré in de jaren tachtig en negentig studeerde, was milieuwetenschap nog een onbekend onderzoeksveld. Le Quéré studeerde natuurkunde en groeide vanuit daar richting oceanografie en het klimaat.
Hoe axionen donkere materie (en andere mysteries) kunnen verklaren
Een hypothetisch deeltje genaamd het axion zou een verklaring kunnen bieden voor donkere materie en tal van andere verschijnselen.
‘De oceanen verlenen ons een grote dienst’, zegt Le Quéré. ‘Ze nemen ongeveer een kwart van de CO2 die we uitstoten op, en hebben daardoor een dempend effect op klimaatverandering. Maar dit koolstofreservoir is op zijn beurt gevoelig voor klimaatverandering, via veranderingen in de temperatuur van het zee-oppervlak, windsterktes, de oceaancirculatie en ecosystemen in zee.’ Le Quéré brengt dit ingewikkelde samenspel in kaart en vertaalt het naar computermodellen. Hiermee onderzoekt ze hoe deze processen in het verleden zijn veranderd en wat we kunnen verwachten voor de toekomst.
In de put
De oceanen fungeren momenteel als een zogeheten koolstofput: een koolstofreservoir dat meer koolstof opneemt dan dat het uitstoot. Daardoor vertragen ze klimaatverandering. Maar tegelijk staat deze koolstofputfunctie juist door klimaatverandering onder druk. Om te begrijpen waarom, is het allereerst handig om te weten hoe het komt dat de oceanen momenteel als koolstofput werken. Door menselijke CO2-uitstoot gaat de CO2-concentratie in de atmosfeer omhoog. Dat leidt tot een verschil in de ‘druk’ van CO2 tussen de atmosfeer en de oceaan. Om dit verschil op te heffen lost de CO2 op in de oceaan. ‘Wat de oceaan zo’n groot absorberend vermogen geeft, is dat chemische reacties de CO2 vervolgens omzetten naar bicarbonaat’, zegt Le Quéré. ‘Het voordeel daarvan is dat de koolstof zo geïsoleerd wordt van de atmosfeer. Het bicarbonaat wordt vervolgens door oceaanstromingen naar de diepe oceaan afgevoerd. Daardoor kan de oceaan telkens nieuwe CO2 blijven opnemen. Dit proces vertraagt klimaatverandering door CO2-uitstoot. Het nadeel is dat dit proces de oceaan ook verzuurt.’ Die verzuring is slecht nieuws voor sommige organismen. Zo kunnen bepaalde schelpen en visgraten oplossen door de hogere zuurgraad. ‘We weten nog niet wat het gevolg hiervan precies zal zijn voor de koolstofcyclus, maar in ieder geval heeft het grote invloed op het ecosysteem in de oceaan.’
De factor die het meest bepalend is voor de hoeveelheid CO2 die de oceaan kan absorberen, is het transport van de koolstof naar de diepte. Want als die weggehaald wordt van het oceaanoppervlak, wordt de concentratie daar weer lager, en kan de oceaan daar nieuw CO2 opnemen. Maar dat is niet de enige factor. ‘Door klimaatverandering warmt de atmosfeer op, en daardoor ook het oppervlaktewater’, zegt Le Quéré. ‘En CO2 is minder goed oplosbaar in warm dan in koud water.’ Slecht nieuws dus: door het klimaat op te warmen, verminderen we de opnamecapaciteit van de oceaan, die we juist zo hard nodig hebben om klimaatverandering te beperken.
Wind tegen
Al vroeg in haar carrière deed Le Quéré een belangrijke ontdekking. Zij liet als eerste met behulp van observaties zien dat de efficiëntie van de CO2-opname door de oceaan was verminderd. ‘Ik maakte deze analyse over de Antarctische Oceaan, omdat de wind daar toe was genomen. Die extra wind zorgt ervoor dat diepe, koolstofrijke wateren sneller naar het oppervlak komen dan normaal. Daardoor wordt er meer natuurlijk koolstof uitgestoten terug de atmosfeer in, en wordt er minder door mensen uitgestoten CO2 geabsorbeerd.’
Het vernieuwende aan dit onderzoek was dat Le Quéré niet keek naar metingen aan de oceaan zelf, maar juist naar de CO2-concentraties in de lucht boven de oceaan. ‘We verzamelden metingen aan de atmosfeer die over een periode van 25 jaar waren genomen. Vervolgens gebruikten we een methode die ‘inversie’ wordt genoemd. Stel dat je de CO2-concentratie op punt A en punt B meet, en de wind waait van A naar B. Als de CO2-concentratie in punt A dan hoger is dan in punt B, dan weet je dat er CO2 ‘verdwenen’ is. Die CO2 is door de oceaan opgenomen. Door telkens twee concentratiemetingen met elkaar te combineren, kun je dus bepalen hoeveel CO2 er tussen die punten door de oceaan is opgenomen. We verzamelden zoveel mogelijk metingen van CO2-concentraties rond de Antarctische Oceaan en combineerden die met weerdata. Op deze manier konden we laten zien dat de koolstofopname door de oceaan niet was gestegen, terwijl de CO2-emissie wel met 40% was gestegen. Als de efficiëntie gelijk was gebleven, zou de koolstofopname die emissies moeten volgen, maar dat deed hij niet.’
Het gat in de ozonlaag was een van de belangrijkste oorzaken van de sterkere wind in dit gebied. Dit veranderde de circulatie van de lucht en versnelde de winden. ‘Dit roept een nieuwe grote onderzoeksvraag op’, zegt Le Quéré. ‘Want klimaatverandering zorgt ook voor sterkere winden. Sterker nog, klimaatverandering versterkt de winden in alle seizoenen, terwijl het gat in de ozonlaag dit alleen in de zomer doet. Momenteel probeer ik te onderzoeken hoezeer de wind de komende tijd versterkt zal worden, en of het effect op de CO2-opname verdwijnt als de ozonlaag herstelt of juist erger wordt door klimaatverandering.’ Le Quéré onderzoekt die impact van klimaatverandering niet alleen in de Antarctische Oceaan, maar over de gehele wereld. Zo was ze ook de eerste die de impact van klimaatverandering op de koolstofputfunctie van de wereldzeeën kwantificeerde. ‘We lieten zien dat deze door klimaatverandering een klein beetje zwakker is geworden. Voor een klein deel kwam dit door opwarming van het oceaanoppervlak, maar voor het grootste deel door veranderingen in de wind’, zegt Le Quéré.
Ecosystemen
En dan is er nog een andere belangrijke factor voor de koolstofcyclus in de oceanen: ecosystemen. ‘Deze ecosystemen leven in het bovenste gedeelte van de oceaan’, vertelt Le Quéré. ‘Maar dode organismen of uitwerpselen kunnen naar de diepe oceaan zinken. Dit is allemaal materiaal dat koolstof bevat, en op deze manier wordt er dus veel koolstof van het oceaanoppervlak naar de diepe oceaan gebracht. Dit maakt deel uit van een natuurlijke cyclus: uiteindelijk komt deze koolstof door oceaanstromingen ergens anders weer boven. Aanvankelijk was deze cyclus in evenwicht, maar verzuring, opwarming en onttrekking van zuurstof hebben zulke ecosystemen beïnvloed. Dat heeft ook gevolgen voor de koolstofcyclus.’
Hoe precies, dat is nog onduidelijk. Daarom maakt Le Quéré modellen om de complexe interacties binnen ecosystemen in kaart te brengen. ‘We hebben een manier ontwikkeld om ecosystemen te representeren die recht doet aan de diversiteit in ecosystemen, maar niet té complex is om te modelleren. Daarvoor delen we organismen op in groepen die op een vergelijkbare manier functioneren, bijvoorbeeld omdat ze allemaal schelpen hebben, hetzelfde soort voedsel eten, vergelijkbaar gedrag vertonen of een vergelijkbare grootte hebben.’ Le Quéré richt zich met name op micro-organismen. ‘Als we aan mariene ecosystemen denken, denken we vaak aan dieren zoals vissen of walvissen. Maar die beïnvloeden de koolstofcyclus helemaal niet zo veel. De kleine organismen spelen een veel grotere rol.’
Voor elk van die groepen organismen verzamelen Le Quéré en collega’s observaties, bijvoorbeeld van hun groei als functie van temperatuur of de beschikbare hoeveelheid voedingsstoffen. Dat doen ze in het laboratorium of met metingen vanaf schepen. Al die informatie nemen ze mee in het model, en daarmee rekenen ze verschillende scenario’s door. Momenteel voorzien ze nog geen grote veranderingen in de koolstofputfunctie als gevolg van veranderende ecosystemen. Maar of dat zo blijft op de lange termijn is de vraag. ‘We weten dat er in eerdere geologische tijdperken grote verschuivingen in ecosystemen zijn geweest’, zegt Le Quéré. ‘Er zijn situaties geweest waarin organismen al het koolstofrijke materiaal aan het oppervlak hergebruikten. Er zonk bijna geen koolstof naar beneden.’ Zo’n situatie zou allesbehalve gunstig zijn, omdat er dan geen koolstof naar de diepte wordt getransporteerd. ‘We houden de ecosystemen goed in de gaten, zodat we het aan zien komen mocht het weer die kant op gaan.’
Onvoorspelbaar
Het modelleren van ecosystemen is niet eenvoudig. ‘Je hebt geen natuurwetten zoals in de natuurkunde’, zegt Le Quéré. ‘Het is veel onvoorspelbaarder. Je moet ecosystemen echt observeren, en dat gedrag proberen na te bootsen in een model. Toen ik mijn model gebaseerd op de groepen met vergelijkbare organismen voor het eerst publiceerde, kwamen er onmiddellijk twee kritische publicaties als reactie. De een vond dat het model veel te complex was, de auteur had het over ‘rennen voordat we kunnen lopen’. De ander zei dat ons model juist veel te simpel was. Dus ik dacht: we zullen wel ongeveer goed zitten’, lacht Le Quéré. ‘Ze hadden natuurlijk allebei een beetje gelijk. Maar nu, zo’n 17 jaar later, zijn er heel veel nieuwe mogelijkheden. Naast meer rekenkracht hebben we bijvoorbeeld ook onderwatercamera’s die continu foto’s maken in de oceaan. Met kunstmatig intelligente computerprogramma’s kunnen we detecteren welke organismen op de foto staan. Zo kunnen we automatisch miljoenen observaties verwerken.’
De komende jaren hoopt Le Quéré meer over de stabiliteit van de ecosystemen te weten te komen. ‘Ik dwing mijn model tot het uiterste, met bijvoorbeeld extreme temperaturen, verzuring, onttrekking van zuurstof of vervuiling, en kijk wanneer de ecosystemen ineenstorten. Zo kan ik analyseren op welke manier het in deze gevallen fout gaat. Vervolgens kunnen we in de oceaan kijken of er al indicatoren zijn die aangeven dat het de verkeerde kant op gaat.’
Adviezen
Naast haar onderzoek adviseert Le Quéré ook regeringen over hun CO2-uitstoot en hoe ze met klimaatverandering om moeten gaan. ‘Ik denk dat het heel belangrijk is voor wetenschappers om zich te laten horen, om het bewijs te laten zien, zodat overheden en mensen geïnformeerde beslissingen kunnen maken. Daarom heb ik gedurende mijn hele carrière ongeveer een dag per week besteed aan het beschikbaar maken van wetenschap voor het publiek, en met name voor beleidsmakers.’ Momenteel zit Le Quéré in de Commissie Klimaatverandering in het Verenigd Koninkrijk en is ze voorzitter van het Franse Hoge College van Staat voor Klimaat. Dat zijn allebei onafhankelijke adviesorganen voor de regeringen. ‘Er is veel bewijs dat de adviezen van deze commissies hebben gezorgd voor een versnelling van actie op het gebied van klimaatverandering’, zegt Le Quéré.
Daarnaast initieerde Le Quéré in 2004 samen met collega’s het Global Carbon Budget. ‘Tijdens een jaarlijkse bijeenkomst van het Global Carbon Project, het samenwerkingsverband van al het wereldwijde onderzoek naar de koolstofcyclus, bespraken we wat de onderzoeksgemeenschap kon doen om beleidsmakers te ondersteunen. Beleidsmakers ontmoeten elkaar jaarlijks in klimaattoppen, maar wij brachten vanuit de wetenschap slechts eens in de zes à zeven jaar een IPCC-rapport uit. Om dit gat te vullen besloten we om elk jaar een update te publiceren van hoeveel CO2 er het jaar ervoor is uitgestoten en waar die koolstof terecht is gekomen: in de atmosfeer, de oceaan of op het land.’ Le Quéré leidde deze publicatie, die tot Global Carbon Budget werd gedoopt, dertien jaar lang. ‘Het begon als een manier om beleidsmakers te adviseren, maar uiteindelijk bleek het ook een grote impuls aan het onderzoek naar de koolstofcyclus te geven.’
CV
Corinne Le Quéré (Magog, Canada, 1966) studeerde natuurkunde aan de Universiteit van Montreal in Canada. Vervolgens behaalde zij haar masterdiploma atmosfeer- en oceaanwetenschappen aan de McGill-universiteit, ook in Montreal. In 1999 promoveerde zij in de oceanografie aan de Universiteit Pierre en Marie Curie in Parijs (nu de Sorbonne-universiteit). Na verschillende betrekkingen werd ze in 2019 benoemd tot Royal Society-onderzoekshoogleraar wetenschap van klimaatverandering aan de School of Environmental Sciences van de Universiteit van East Anglia in Norwich in het Verenigd Koninkrijk. Le Quéré initieerde in 2004 de jaarlijkse publicatie Global Carbon Budget en was auteur van verschillende IPCC-rapporten. Ook zit ze in de Commissie Klimaatverandering in het Verenigd Koninkrijk en is ze voorzitter van het Franse Hoge College van Staat voor Klimaat.
Onderzoek
Corinne Le Quéré onderzoekt hoe de koolstofcyclus in de oceanen verandert onder invloed van klimaatverandering. De oceanen absorberen elk jaar gemiddeld een kwart van de door de mens uitgestoten CO2 uit de atmosfeer. Dit koolstofreservoir is op zijn beurt gevoelig voor klimaatveranderingen, via veranderingen in de temperatuur van het zee-oppervlak, de windsterkte, de oceaancirculatie en ecosystemen in zee. Le Quéré bestudeert de interacties tussen deze componenten in het recente verleden en maakt projecties voor de toekomst. Ze was de eerste die liet zien dat de toename van wind in de Antarctische Oceaan leidt tot een minder efficiënte opname van CO2,en bracht dit in verband met de afbraak van de ozonlaag. Momenteel richt Le Quéré zich vooral op het gedetailleerd bestuderen van de verschillende processen en ecosystemen in zee. Dankzij nieuwe meettechnieken kan ze een complex model maken van hoe ecosystemen in zee reageren op klimaatverandering en welke invloed dit heeft op de koolstofcyclus.
Heinekenprijzen
Elke twee jaar kent de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen de Heinekenprijzen toe aan vijf gerenommeerde internationale onderzoekers en één kunstenaar. De eerste van de prijzen, de Dr. H.P. Heinekenprijs voor de Biochemie en Biofysica, werd in 1964 in het leven geroepen door Alfred H. Heineken, als eerbetoon aan zijn vader, dr. Henry P. Heineken. Aan deze prijs werden vervolgens nog Heinekenprijzen voor de Kunst (1988), de Geneeskunde (1989), de Milieuwetenschappen (1990) en de Historische Wetenschap (1990) toegevoegd. De dochter van Alfred Heineken, Charlene L. de Carvalho-Heineken, zet deze traditie voort. Naar haar is de C.L. de Carvalho-Heinekenprijs voor de Cognitieve Wetenschappen (2006) vernoemd.